左室功能不全所致的慢性心力衰竭患者心肺运动试验声明实施和解释建议.doc

左室功能不全所致的慢性心力衰竭患者心肺运动试验声明实施和解释建议（1）中国康复理论与实践2010年5月第鲞箜塑i堡!:!:左室功能不全所致的慢性心力衰竭患者心肺运动试验声明实施和解释建议(1)刘杰.,李寿霖.编译,胡大一.审校?401?专题?关键词慢性心力衰竭;左室功能不全;心肺运动试验;实施方案中图分类号R541.6文献标识码c文章编号10069771(2010)05040104本文着录格式刘杰,李寿霖,胡大一译.左室功能不全所致的慢性心力衰竭患者心肺运动试验声明:实施和解释建议(1)J.中国康复理论与实践,2010,16(5):4O14O4.心肺运动试验(CPET)是能向医生提供重要信息,评估包括肺,心血管,造血,神经心理和骨骼肌系统在内的运动整合反应的无创性试验方法.测定运动中的呼出气体可以最好地估计功能容量,对受损的严重程度分级,客观评估干预效果,客观追踪疾病进展,以及鉴别运动容量减低的心,肺原因.为了在日常临床实践中更好地使用这一方法,阐明概念,对CPET标准化是必要的.由欧洲心脏病学会心脏康复和运动生理工作组发起,意大利心脏康复预防特别工作组起草的左室功能不全所致的慢性心力衰竭(cHF)患者心肺运动试验总结声明于2007年公布.近年来,下列因素促进了CPET的应用:运动生理学的发展以及认识到了运动整合反应在临床评估中的重要性;已经证明CPET数据是评估和处理CHF患者的重要而可靠的测量指标,而静息的肺功能和心功能检查不能可靠地预测运动能力和功能容量;运动耐量指标比静息的测量指标能更好地预测总的健康状态和预后;CPET对运动受限和心肺功能提供了可重复性的指标,是危险分层和选择恰当治疗方法的有用试验方法;具有强大数据采集,处理和个体监测能力的自动运动系统的技术发展.委员会通力合作,基于当前的科学知识和技术进步,制定了关于CPET在左室功能不全的CHF患者中应用的综合,实用,及时,概念统一性的文件,包括了对CPET的解释,实施标准化和临床应用等推荐建议.建议以现有的最好证据,当前流行的科学知识和专家意见为基础,以发现那些有争议的,不能达成共识的领域,并提出可能的解决途径.面向的读者包括CPET操作者,根据CPET结果进行i临床决策制定者和开具运动处方者,而对致力于CPET领域信息扩充并用于临床评估的临床读者将特别有用.文件分三部分:适宜CHF的CPET参数解释;在CHF中如何实施CPET;CPET在CHF中的解释和未来应用.第一部分适宜CHF的心肺运动试验参数定义CPET能为机体对运动的反应提供全面的评估,包括了肺,心血管,造血,神经心理和骨骼肌系统.这些信息是通过研究个别器官系统所不能获得的.无创,动态的生理学观察对极量和次极量运动反应进行评估,能向医生提供临床决策的相关信息.由于静息心肺功能检查不能可靠预测运动能力和功能容量,并且,运动耐量指标比静息参数能更好的预测总的健康状态和预后,CPET在处理CHF中的应用逐渐增加.本声明基于译者单位:1.首都医科大学康复医学院,北市京100068;2.中国康复研究中心北京博爱医院心血管内科,北市京100068;3.北京大学人民医院心脏中心,北京市100044.译者简介:刘杰(1969),男,安徽萧县人,博士,主治医师,主要研究方向:心血管疾病.当代科学知识和技术进步,就CPET在心力衰竭中的临床应用和解释提供建议:重点强调CPET的临床适应证,标准化问题和解释策略.本声明由欧洲心脏病学会心脏康复和运动生理工作组发起,目的是针对左室功能不全所致的CHF患者应用CPET的话题,产生综合性的,概念统一性文件.CPET是充分确立的适用于多个临床情况的诊断试验方法.不同心肺疾病患者的运动反应存在显着的重叠.对于CHF患者来说,其适应证,实施和解释均具有特殊性.该文件共有8个部分:CPET的定义;CPET在CHF中的适应证;安全性;仪器设备;运动方案;实施方式;数据报告和解释.CPET的定义CPET为机体对运动的整合反应提供全面的评估,可以对肺,心血管,造血,神经心理和骨骼肌系统进行综合评价.这种无创,动态的生理评估允许对极量和次极量运动反应进行评价.一般在症状限制性的最大运动耐量试验中,除了监测心电信号,血压和血氧饱和度之外,还包括呼吸气体交换,摄氧量(Vo),二氧化碳排出量(Vc【)n)和分钟通气量(VE)的测定.稳态条件下经口测定的V和Vco相当于机体总的0z消耗量和CO生成量.下面讨论呼吸气体交换参数的临床意义和重要性.氧摄取量(V.)运动期间工作输出,V,心率(HR)和心输出量(CO)之间近似线性关系.V,取决于细胞()消耗和o:的运输速率.可通过血流量和组织对0.的利用计算V.V一o0EC(A)ozdiff(1)V0.一HRSVC(A)02厂厂(2)SV表示心搏量,c(AV)Ozdiff为动静脉0z差.一些因素可影响Vo:血液的携氧能力(取决于可用的血红蛋白(HB),Hb一0饱和/分离曲线随温度,C0z和pH移动);心功能(HR,SV);外周血流的区域分布和局部分配;组织对0的利用(毛细血管密度,线粒体密度和功能,充分的灌注和组织弥散).在正常人中这些影响V的因素也同样影响CHF患者的运动反应.V.-功率(WR)关系(V./WR)正常情况下,Vo随外部做功(功率输出)的增加而呈线性增加.外部功率以瓦(w)为单位的精确测定可以测定这一关系.自行车测力计可以测定外部做功.V.对外部功率的斜率反映了化学能向机械做功的代谢转化以及肌肉骨骼系统的机械能力.Vc相对于外部功率的变化率决定斜率,正常人在自行车测力计上进行递增运动试验的斜率大约为1O11ml/min/w,不受性别,年龄和身高的影响.?402?主国鏖复堡塞践2010年5月第16卷第5期ChinJRehabilTheoryPract,May2010,Vo1.16,No.5V0/WR的降低通常提示骨骼肌的代谢变化或者()的运输不足,这可出现于心,肺或循环的疾病.因此,这种关系变化不单出现于心脏疾病(如CHF),也存在于其他器官和系统的疾病.它也可能是校准误差的反映.但由于V./WR也可在次极量运动期间评估,因而可对CHF患者提供重要的预后信息.严重CHF患者的Vo/WR斜率可降低至7或8ml/min/w.这就是对于CHF患者必须直接测定Vo而不是从峰功率中计算Vo的原因,这些计算公式都是从正常人中得来的,他们的斜率相对恒定.斜率的降低可能与心输出量增加的动力学或外周对氧的利用的变化有关.在接受次极量分级运动试验的患者中,Vo/WR的斜率提供了一些重要线索:正常的斜率提示一种非心脏原因的疾病,而斜率的降低提示循环衰竭.然而,在个体水平上,斜率具有高度的变异性,限制了其应用.已有研究提示了它的预后价值.V02一一V.2基于上述原理(方程(1)和(2),当V./随外部做功的增加而增加时,V./的决定因素接近最大值,而当每一决定因素均接近其相对限值(如SV,HR或组织氧利用)时,Vo.动时的V/(V).因此,Vok常常用于Vo.的估计.从实际出发,目前Vo和V.常互换使用,尽管它们表示不同的生理参数.有氧代谢能力应该直接测定,因为从静息指标,功率或次极量运动方案中得来的估计值受生理机制和方法学不精确性的限制而不可靠.反过来,在正常个体和CHF患者中直接测定Vo是可靠和可重复性的.正常Vo.或Vo的主要决定因素是遗传因素和运动肌群的量.Vo和Vo,也依赖性别,年龄和体重,并受训练的影响.Vo或V0的下降是运动能力下降的总体”指示剂”.运动受限的潜在具体原因可通过观察其他变量的反应形式加以确定.与运动员或健身者相比,CHF患者在运动末测定的Vo无平台期,患者因乏力或呼吸困难过早停止运动.因此,在解释Vo之前,必须确定试验已达到极量或次极量而被认为是有效的.Vo.下降是评价运动耐量减低的起点.事实上,Vc的下降可有多种原因:它可反映氧运输(心输出量,血液携氧能力),肺脏受限(机械性的,呼吸控制的或气体交换的受限),组织氧利用(组织灌注,组织弥散),神经肌肉或肌肉骨骼受限,以及缺乏主观努力.另外,患者的感觉反应(症状)而非生理过程也可导致Vo.的降低.CHF患者Vo和Vo一的降低计算为绝对值(L/min),公斤体重值(ml/min/kg)或百分比(与根据性别,年龄和体重指数预先确定的值相比较)的降低.它们构成了最具独立性的预后指标之一(参见第3部分:解释).这些评估可用于危险分层,治疗方案选择和运动反应在于预(药物或非药物)前后的相对比较.运动后V恢复动力学在恢复期,V.于分级运动后呈指数式下降.正常个体分级运动后V.恢复的半衰期(T/.)为6O80s.V吼的动力学随心力衰竭的严重程度而延长.Vo,<1O12ml/min/kg的患者可能需要3min才能使V降低5O.这可能与运动后能量储存重建的动力学缓慢有关.这种下降动力学有利于减小运动水平的影响;因此,在次极量运动(至少在V.的5O以上)下,Vo一下降动力学可用于分析循环功能受损的程度.V下降动力学正常而Vo较低提示为次极量运动.各研究组织也显示Vo的恢复半衰期具有预后价值.CO生成量(V.)运动期间Vco的决定因素类似于氧摄取的决定因素:心输出量,血液COz携带能力和组织交换是主要的决定因素.但由于C0z极易溶于组织和血液,经口测定的Vc0与V0相比,对通气具有更强的依赖性.例如,在运动开始前若存在心因性的过度通气,则测定的Vco高于Vo.在短时运动期间,糖原主要为肌肉利用以提供能量,0耗量与COz生成之间的关系几乎是等分子的.因此,进行性运动期间,在较低的功率范围内,Vco的增加几乎与Vo的增加一样多,平均Vco与Vo的关系略微小于1.0.从Vo反应的中间范围V斜率法测定的无氧阈值(AT)开始,Vco斜率一般具有相对急剧的变化,在较高功率范围内产生较陡峭的线性特征.这一较陡峭的斜率反映了与有氧代谢相比CO.过度生成,这源于在较高的功率下需要碳酸氢盐对增加的乳酸进行缓冲.在无氧代谢下,Vo的增加是H(来自乳酸)与CO.之间化学平衡的结果.H+HC03一C02+HO(3)当组织中乳酸(H)增加时,反应向右侧驱动,产生多于有氧代谢时生成的COz.过多的COz也可来自因过度通气(表现为动脉低碳酸血症)造成的机体CO的储存减少.由于运动期间VE与Vco成比例密切耦联,分析VE与Vco的关系是有用的.精确测定COz的生成也很重要,因为它是计算一些衍生变量的基础,包括(1)呼吸交换比率,(2)生理死腔与潮气量的比值和(3)肺泡通气量.正常个体中支配Vcc.升高的机制在CHF患者中也起作用.但对于同样的Vco生成量来说,CHF患者呈现出更高的VE,因此VE与Vco的关系斜率显着陡峭:一般位于参考值34以上.呼吸交换比(vc0/V0)Vc(/V(,的比值称为气体交换比或呼吸交换比(RER).稳态条件下RER等于呼吸商(respiratoryquotient,RQ),此值决定于代谢过程中所利用的燃料.RQ这一术语常用于表示组织水平的事件,在临床运动试验期间不予测定.RER通常经口气体交换来测定.稳态条件下RQ一1.o表示为碳水化合物代谢,RQ<1.0表示为碳水化合物与脂肪(RQO.7)或与蛋白质(RQO.8)的混合代谢.在真正的稳态下,血液和气体运输系统与组织代谢保持同步,因此RER可用作代谢事件(RQ)的粗略指标.但在无氧阈值以上,RER>1.0也可由乳酸来源的C0z或过度通气所造成,因为COz的组织溶解度是0的20倍以上,并且HC0.和蛋白质是组织运输CO的显着形式,而0z运输的惟一显着形式是与血红蛋白结合.这一指标为CPET期间所实施的运动水平提供了指示:在RER未达到1.1以上时,通常认为试验是次极量的.若患者在达到此值前停止运动,应该考虑心脏以外的其他限制因素.这一信息可对CHF提供重要的预后价值:在极量CPET试验(峰值运动时RQ>1.1)期间发生运动耐量受损(反映于Vo.<10ml/min/kg与高死亡率相关.无氧阈值(AT)AT也称作乳酸阈值,气体交换阈值或通气阈值,是VE的中国康复理论与实践2olo年5月第16卷第5坦ChinJRehabilTheor里ract,!01.!:增加与v.和做功的增加不成比例的点.它表示递增运动期间肌肉组织转向无氧代谢作为额外能量来源的理论点哥L酸开始堆积,由血清中碳酸氖盐系统缓冲,导致CO的生成增加,产生反射性过度通气.根据方程(3),它被认为是运动期间动脉乳酸升高速率增加所致代谢性酸中毒发生的估计指标.AT以其发生时的Vck为参照,表示为Vo预计值的百分比(V预计值).在正常未受训练的个体,它发生于V.预计值的506O.在AT以下水平做功满足了大部分的日常活动.大多数的重大心血管疾病患者AT下降.训练提高AT,可显着增加个体进行持续次极量活动的能力,提高生活质量.描述这一转变点的命名学差异反映_关于在AT点肌肉和血液乳酸增加的潜在生理机制存在争议.尽管有关AT的传统观点受到支持,但其他学者对这一观点持有质疑.如果不同的肌群在不同的时间达到无氧代谢,转变点将是平滑的,可能很难精确确定一个截然分界的点,即AT机制人们对AT的起因存在争议:当运动强度增加时,氧运输与氧化能力之间的失衡以及所调动的肌纤维类型可能均促成乳酸的增加.对于后一种机制,在氧化酶与糖酵解酶的平衡中,即”有氧”与”无氧”代谢的平衡中,肌纤维的类型有所不同.在低强度运动中,所调动的是以氧化代谢为主的纤维,但随运动强度的增加,主要依赖糖酵解途径的纤维被激活,从而增加乳酸的生成.然而,在临界动脉氧分压(P)之上和之下均可发生细胞水平的无氧酵解和动脉乳酸的增加,这表明可能有其他因素(即糖酵解酶)贯穿始终.采用静脉血乳酸测定的研究提示酸中毒连续发展,而不是在进行性的运动中突然发生血乳酸的堆积.因此,AT这一术语应该在描述的意义上使用.不同乳酸来源的相对贡献也可随疾病的不同而不同.例如在心力衰竭中,不仅有氧运输能力的降低,也存在肌纤维组成和代谢的变化,以至于随运动强度的增加,V的上升速率开始下降而乳酸的上升速率过早增加.不管机制如何,随运动强度增加而血中乳酸的增加具有重要的生理后果.首先,乳酸的堆积降低血液和间质液的pH值,最终将会损害细胞的功能.第二,pH的降低以及与之相关的其他事件使机体试图通过降低动脉COz分压(Pco)来缓冲酸增加,从而可能刺激通气.第三,pH的降低使氧离曲线右移,增加oz向肌肉的运输(即所谓的波尔效应(Bohreffect).当0饱和度下降时,工作肌毛细血管床末端的P.的确保持不变.因乳酸堆积影响细胞功能,运动期问乳酸升高的幅度及其相对于V0变化而升高的形式,在运动试验中可能是有用的指标.再者,乳酸堆积发牛越早,长期持久的V.越低.临床应用AT界定了几乎完全由有氧代谢完成的运动强度的上限.AT以下的做功功率可基本上无限的持续,而在AT以上功率的进行性增加将导致运动耐量的进行性降低.不爱活动的正常个体,其AT出现于V预计值的5o%6O.正常值范围可延伸至358O.AT的测定具有年龄,运动方式和方案特异性.AT测定作为心肺适能的指标,有助于制订运动处方,监测训练效果.当未达到AT时(如在一些严重慢阻肺患者),或AT不能经通气反应测定时(如存在振荡形式),使用峰功率,Vo和心率的百分比作为参照,仍可制订运动处方.AT的降低如同V.的降低一样缺乏特异性:它可出现于广泛的临床情况/疾病中,因此对不同的临床疾病无鉴别能-403?力.低于V.预计值4O的AT值可能提示心,乳酸酸中毒.通气当量法:通气当量法包括同步分析多个变量(VE/V.,VE/Vco,PET.).AT通过下列几乎同时发生的事件来测定:VE/V和PETo达到谷底随后又开始上升时,恰逢VE/Vcc和PETc.未发生变化时的V值.V斜率法:AT等同于Vco一V.关系斜率发生变化时的V0.值.在递增运动方案早期Vco以近似线性的关系随Vc而增加,这一斜率称为s.随后随着运动强度的增大,斜率增大,称为sz.为了确定斜率的增大不是由过度通气造成的,必须监测通气当量和PETco.因此,()z和潮气末0z的通气当量达到谷底又开始上升与S一S.的转变相一致,而无COz通气当量的增加和/或潮气末Pc的下降.改良V一斜率法:由于评估的复杂性,开始的V一斜率法已被简化的方法所取代.改良V一斜率法则是确定VccVo斜率的变化点,在无过度通气的情况下测定Vcc的增加快于Vck的增加时的Vo.当使用这些方法检测AT时,应该注意有创和无创方法测定的AT具有很好的相关性,但不一定是肯定的生理性联系,运动时不寻常的呼吸形式(如振荡呼吸)可对AT的测定产生不利影响.急性过度通气可使Vc的增加与代谢率(V.)的增加不成比例,因此推荐RER接近1.0时V一斜率和通气当量双法并用,以便更准确地无创测定AT.CHF患者典型的AT下降与运动耐量的下降有关.由于AT测定了可持续的0z摄取,是心肺运动能力的客观参数,可从次极量运动试验中得出,因此对它的计算不仅可提供辅助信息,而且是对V的补充.因此它不受患者努力不足或检查者过早终止试验等因素的影响.作为常规,低于Vo预计值4O的AT值视为异常.最近的资料建议阈值V<11mI/min/kg作为预后不良的指标.然而,在综合征晚期的大多数患者,如NYHA心功能,级,常常不能发现明确的AT值,这主要发生于振荡呼吸时.AT不受患者主观努力的影响.低Vc时检测到正常的AT值提示为次极量运动.因测定问题,AT从来不能取代V.,作为CHF患者的功能容量或预后指标.在大多数日常活动甚至静息时,患者的代谢接近甚至超过AT.通气运动期问通气(VE)增加是运动肌代谢需求增加时稳态控制动脉血气和酸碱平衡状态的主要途径之一.尽管VE与气体交换(代谢需要)耦联的机制尚不完全清楚,但运动中通气反应的些指标可评估通气反应的正常或不足.运动期间最常评估的通气指标包括总的分钟通气量(VE)的变化和呼吸形式(潮气量VT和呼吸频率,),同时也评估通气储备.不经常评价的指标是通气时间(吸气时间rrl和总时间T.)和潮气量相对于特定肺容量(如VT/VC)的变化.最近,吸气容量(IC)的变化和运动中通气受限的更全面评估指标也得以应用.因为通气是呼吸力学最优化与气体交换?404?中国康复理论与实践2010年5月第16卷第5期ChinJRehabilTheoryPract,May2010,Vo1.16,No.5的维持之间的平衡,许多通气指标均表示这些联合的要素,如通气效率(VE/Vo或VE/Vco.).运动中VE的增加与潮气量(VT)和频率(,)的增加均有关.健康个体低水平运动时通气的增加主要来自VT的增加.随着运动的进行,直到峰值运动的7O8O,VT和,均增加,之后.厂占主导.VT通常在肺活量(VC)的5O60保持平台,但有相当大的变异.在CHF患者,即便在静息状态下也观察到通气形式的变化.呼吸计量研究显示用力VC和总肺容量的减小,而用力呼气肺活量相对保持正常.这种总的呼吸限制形式归因于间质水肿造成的肺实质僵硬度增加和随后的纤维化,可能也源于心脏增大的压迫作用.值得注意的是,总肺容量的减小与肺毛细血管楔压有关,这种异常在药物治疗或心脏移植后具有部分的可逆性,表明这种异常可能归因于液体的失衡,而不是永久性的变化如纤维化.在充血状态下,CHF导致肺毛细血管楔压异常增加,促成间质水肿提前形成或加重,从而导致运动期间肺顺应性异常,动态地减低.这些异常导致运动期间的呼吸形式以低潮气量和高呼吸频率为特征.再者,不要忘记心脏增大对肺的直接压迫作用,因为已经观察到心脏移植后2/3以上的肺活量改善可归因于心脏的减小.尽管存在限制性的呼吸改变,通气能力似乎并未限制CHF患者的运动能力,因为运动期间通气的增加大约是正常对照个体的2倍.通气能力可通过第一秒用力呼气量(FEV)乘以假定的最高呼吸频率(通常为3540)来估算,给出了理论上可以获得的分钟通气量,称为最大自愿通气(MVV).为了评估通气能力是否限制运动时的气体交换,将MVV与峰值运动时测定的实际最大分钟通气量相关联(peakVE/MVV).对于正常个体,此比值约为0.6t0.8,但对于阻塞性或限制性肺病患者或训练有素的运动员,当肺容量减小或循环和肌肉气体交换能力增加时,此值可增大.但在主观努力不足的患者中评价VE/MVV关系时应该小心.CHF患者的VE/MVV低于正常人;这可能源于肌肉和循环气体交换能力的降低.值得提及的是,对于等量的Vco生成量,CHF患者具有较高的vE,因此VE/Vc的关系斜率明显陡峭.已经研究了一些促成因素来解释这种高通气驱动的原因.肌肉代谢异常(如乳酸,氢离子,腺苷,前列腺素)所致的代谢物质在血中的水平升高,可直接或间接通过刺激外周和中心化学感受器及骨骼肌动力反射,触发延髓的通气中枢.交感神经驱动的全身激活和/或迷走张力的降低,以及颈动脉压力感受器的受损,所有这些存在于CHF综合征中的变化可产生一种正反馈.不管代谢如何,vE/V.斜率的增高是CHF的典型变化,预示预后不良,即便是对于运动容量(即Vo)相对保持正常的患者.肺弥散能力气体弥散遵循Fick定律:VGkA/dd/P(4)v.为气体弥散率,k为常数(温度依赖性),A为膜面积,d为膜厚度,为气体溶解度,M为气体分子量,/1p为气体跨膜压差.因此,肺泡弥散率与肺泡面积,0z和COz的溶解度以及0和CO的平均肺泡一毛细血管压力差成正比,与肺泡一毛细血管膜厚度成反比.因COz的溶解度高,其穿过肺泡一毛细血管膜的速度比Oz快约23倍.因此,肺的任何弥散受限都将主要影响0z而非C0z的弥散.可以预计,在理论上影响COz弥散的任何肺弥散受限都必然已经导致危及生命的0弥散障碍.除了肺泡一毛细血管膜的大小和特征外,0的弥散还依赖毛细血管的0.含量(即0.摄取对0分压变化的比率).这取决于毛细血管血容量,血红蛋白浓度和0与血红蛋白反应的速率.因此,在血红蛋白浓度正常的前提下,肺的弥散能力(D)有两个决定因子:肺泡一毛细血管膜阻力的通透性(D)和毛细血管血容量(Q).因此,肺弥散的总阻力可以描述为:1/